Способ изготовления мощного кремниевого транзистора

 

Использование: микроэлектроника, изготовление мощных кремниевых транзисторов с пониженной степенью легирования эмиттерной области. Сущность изобретения: для изготовления мощного кремниевого транзистора с пониженной степенью легирования N_s<<3·20 ат/см³ эмиттерной области формируют в течение 1-40 ч при Т = 1100-1260ºС в высокоомном слое исходной кремниевой n-n⁺-структуры относительно глубокую базовую область глубиной 5-45 мкм, проводят предварительную диффузию эмиттерной примеси при 800- 1100ºС в течение 5-100 мин и дальнейшую совместную разгонку указанных базовой и эмиттерной примесей при 1100-1250ºС в течение 1-20 ч, в результате которой получают транзисторную n⁺ p-n-n⁺-структуру изготавливаемого мощного кремниевого транзистора. Новым в способе является то, что глубину и степень легирования указанной относительно глубокой базовой области получают равной требуемой ширине и степени легирования активной базы изготавливаемого транзистора, а перед и/или во время указанного процесса совместной разгонки базовой и змиттерной примесей производят в течение 0,1-20 ч при 1100-1250ºС по крайней мере одно дополнительное легирование приповерхностного слоя эмиттерной области указанного мощного транзистора одной или несколькими примесями противоположного типа проводимости таким образом, что скорость диффузии эмиттерной примеси в объеме базовой области равна скорости диффузии базовой примеси в объем высокоомного слоя кремниевой n-n⁺-структуры. 12 ил.

Изобретение относится к области полупроводникового производства, а именно к способу изготовления мощного кремниевого транзистора с пониженной степенью легирования эмиттерной области. Целью изобретения является повышение воспроизводимости параметров мощного кремниевого транзистора. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления МТ с пониженной степенью легирования эмиттерной области, включающем предварительную диффузию базовой примеси р-типа проводимости в базовую область кремниевой n-n⁺-структуры на глубину h, предварительную диффузию эмиттерной примеси n-типа проводимости в базовую область с формированием эмиттерной области n⁺типа проводимости, совместную разгонку базовой эмиттерной примесей, в результате которой получают n⁺р-n-n⁺-структуру мощного кремниевого транзистора шириной активной базы U_акт, глубиной базовой области Н и глубиной эмиттерной области L, предварительную диффузию базовой примеси проводят в течение 1-40 ч при 1100-1250^oС на глубину h W_aкт, в качестве эмиттерной примеси используют фосфор, предварительную диффузию эмиттерной примеси проводят в течение 1100 мин при 800-1100^oС, совместную разгонку базовой и эмиттерной примесей проводят при температуре, выбираемой из интервала 1100-1250^oС в течение времени, выбираемого из интервала 1-20 ч из условия обеспечения степени легирования змиттерной области N_s<3·10²⁰ ат/см³, а перед формированием эмиттерной области и/или во время совместной разгонки базовой и эмиттерной примесей в течение 0,1-20 ч при 1100-1250^oС проводят по крайней мере одно дополнительное легирование эмиттерной области галлием или бором, причем регулированием продолжительности и степени дополнительного легирования обеспечивают выполнение соотношения L=H-h. На фиг. 1 -4 изображено поперечное сечение мощного транзистора при его изготовлении известным способом: на фиг. 5-12 поперечное сечение мощного транзистора при его изготовлении предлагаемым способом. Предлагаемый способ изготовления мощного кремниевого транзистора реализован следующим образом (см. фиг. 5-8). В исходной кремниевой n-n⁺-структуре ⊘ 76 мм (фиг.5) с толщиной высокоомного слоя 180 мкм и глубиной n⁺слоя 2 180 мкм при Т 1220^oС в течение 15 ч методом диффузии галлия в открытой трубе формируют базовую область 3 р-типа глубиной h_б=21 мкм и поверхностным сопротивлением 240 Jv#□.. При этом на поверхности получают термический окисел 4 толщиной 0,5 мкм. После процесса фотолитографии при Т900^oС. В течение 40 мин проводят низкотемпературную загонку фосфора из РСl₃. Получают эмиттерную область 5 с поверхностным сопротивлением 15 Jv#□.. Далее при T= 1220^oС в течение 4,5 ч проводят одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей, причем первые 3 ч разгонка проводится в среде кислорода, а последние 1,5 ч занимает интервал дополнительного легирования приповерхностного слоя базовой и эмиттерной областей галлием. В результате получают транзисторную структуру изготавливаемого транзистора MT с глубиной базовой области 27мкм и глубиной эмиттерной области 5 L= h₁ 6 мкм, причем скорость диффузии базовой примеси равна скорости диффузии эмиттерной примеси и равна 1,3 мкм/ч. Следует подчеркнуть, что "суммарная" скорость диффузии эмиттерной примеси складывается из скоростей диффузии на интервале собственно разгонки и на интервале легирования, причем на интервале собственно разгонки указанная скорость составляет 1,5 мкм/ч. на интервале легирования 1,0 мкм/ч. Отметим, что глубина h₂ дополнительного базового слоя 9 в области эмиттера равна 4,5 мкм и h_z<h. После изготовления транзисторной структуры известными способами проводят пассивацию 6 эмиттерного и коллекторного переходов изготавливаемого MT, а также металлизацию 7 и 8 его эмиттера, базы и коллектора. Рассмотрим еще один пример реализации предложенного изобретения (см. фиг. 9-12). В исходной кремниевой n-n⁺-структуре ⊘ 76 мм (фиг. 9) с толщиной высокоомного слоя 180 мкм и глубиной n⁺-слоя 2180 мкм при Т 1220^oC в течение 18 ч методом диффузии бора из легированного окисла формируют базовую область 3 р-типа глубиной h_б 21 мкм и поверхностным сопротивлением 120 Ом/□.. После процесса диффузии проводят подлегирование приповерхностного слоя базовой области галлием на глубину h_o 1 мкм, для чего при Т=1150^oС в течение 15 мин проводят процесс диффузии галлия в открытой трубе. После процесса фотолитографии при Т=900^oС в течение 25 мин проводят низкотемпературную загонку фосфора из PCl₃. Получают эмиттерную область 5 с поверхностным сопротивлением 28 Jv#□.. Далее при Т= 1200^oС в течение 6,5 ч проводят одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей и подлегирование приповерхностного слоя базовой и эмиттерной областей галлием методом открытой трубы. В результате получают транзисторную структуру изготавливаемого MT с глубиной базовой области 26 мкм и глубиной эмиттерной области 5 мкм, причем скорость диффузии базовой примеси равна скорости диффузии эмиттерной примеси и равна 0,8 мкм/ч, а h₂=4,5мкм Следует подчеркнуть, что во всех случаях дополнительного легирования приповерxностного слоя базовой и эмиттерной областей конечная глубина эмиттера L= h₁ всегда больше глубины диффузии в область эмиттера дополнительной легирующей примеси h₂. Кроме того, в качестве дополнительной легирующей примеси можно применять любые примеси того же типа проводимости, что и проводимость базовой области, причем в случае скорости диффузии эмиттерной примеси меньшей скорости диффузии базовой примеси в качестве указанной легирующей примеси следует применять элементы, стимулирующие процесс диффузии эмиттерной примеси. Например, для n-р-n-транзистора, имеющего базовую область, легированную галлием и эмиттерную область, легированную фосфором, в качестве такой стимулирующей примеси можно использовать бор. Предлагаемый способ изготовления мощного кремниевого транзистора позволяет существенно уменьшить дисперсию его диффузионных и электрофизических параметров с соответствующим уменьшением дополнительных диффузионных и термических обработок и уменьшением брака на контроле электрофизических параметров изготавливаемого MT. 2 4 6 8 10

Формула изобретения

Способ изготовления мощного кремниевого транзистора, включающий предварительную диффузию базовой примеси р-типа проводимости в базовую область кремниевой n-n⁺-структуры на глубину h, предварительную диффузию эмиттерной примеси n-типа проводимости в базовую область с формированием эмиттерной области n⁺-типа проводимости, совместную разгонку базовой и эмиттерной примесей, в результате которой получают транзисторную n⁺-p-n-n-структуру с шириной активной базы W_акт, глубиной базовой области Н и глубиной эмиттерной области L, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости параметров транзистора, предварительную диффузию базовой примеси проводят в течение 1-40 ч при 1100-1250°С на глубину h=W_акт, в качестве эмиттерной примеси используют фосфор, предварительную диффузию эмиттерной примеси проводят в течение 5-100 мин при 800-1100^oC, совместную разгонку базовой и эмиттерной примесей проводят при температуре, выбираемой из интервала 1100-1250^oС, в течение времени, выбираемого из интервала 1-20 ч из условия обеспечения степени легирования эмиттерной области N_s<3·10²⁰ ат/см³, а перед формированием эмиттерной области и/или во время совместной разгонки базовой и эмиттерной примесей в течение 0,1-20 ч при 1100-1250°С проводят по крайней мере одно дополнительное легирование эмиттерной области галлием или бором, причем регулированием продолжительности и степени дополнительного легирования обеспечивают выполнение соотношения L H-h.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12